NVIDIA 新一代旗舰显卡 RTX 2080 于 21 日凌晨发表，借由新的图灵（Turing）架构，为玩家提供逼真的游戏体验。然而，新一代显卡和先前发表以 Volta 架构为核心的 Titan V 有什么差异？为什么带来更逼真的体验？
这一代图灵显卡，NVIDIA 新增了名为 RT core 的新运算单元。就如同在 Volta 新增的 Tensor core，是为特殊应用情境而设计的计算元件。此元件设计的目标为让 GPU 拥有即时运算光线追踪（Ray Tracing）的能力。一种可让游戏更逼真的渲染（Rendering）算法。
然而，以前没有采用光线追踪时，游戏也可以做得很逼真，为什么还要新增额外的电路呢？这就要比较现有渲染算法 Rasterization 及 Ray Tracing 了。
Rasterization，经典且好用的算法
现行电脑绘图中，显卡会将显示的资料以三维空间方式储存，之后再投影整个空间，留下可被使用者看到的部分，以形成二维画面。详细算法可参考《从点到面、从黑白到彩色，一步步绘出奇幻世界的显卡》一文。
过去数十年的发展，此算法的蓬勃发展，为游戏玩家带来相当逼真的游戏界面。然而，要绘制更逼真的光学效果，诸如金属的反射、玻璃的折射及阴影等，现有的 Rasterization 有其极限。
如果，可直接使用几何光学模拟光学的实际状况，不就能做出相当拟真的光学效果吗？此方法已被广泛用在现在的电影特效，此方法的逼真程度，从现在的电影特效就得以了解。
Ray Tracing，以光学为核心的渲染法
光线追踪（Ray Tracing）是以光线的物理特性为核心的算法。原理是从使用者端当起点，寻找光线反射折射的路径并算出使用者会看到的物体颜色及亮度。如下图所示：
（Source：By Henrik [GFDL or CC BY-SA 4.0 ], from Wikimedia Commons）
然而，由于是让大量光线在空间中反射折射，且空间中物体的状况未知，每绘制一张图所需的计算量相当巨大，无法即时算出结果，因此游戏产业尚未大量采用此技术。
新一代 GPU 中，NVIDIA 正式将 RT core 加入绘图卡，让即时光学渲染法（Rendering）不再是梦想，CEO 黄仁勋便在 SIGGRAPH 2018 示范即时 Ray Tracing 成果。
从影片可看到，采用新一代技术的显卡，可即时绘制绚丽的光泽，让游戏逼真程度更上层楼，更可绘制出许多旧有技术无法满足的细节。
技术大混合，Ray Tracing＋Machine Learning
然而不可否认，现在的光线追踪技术还没办法即时完成绘图工作，尚未完成工作就收集结果时，计算出来的成果会如下图左半，还有相当多噪声。
这些噪声是来自模拟的光线数量不足，无法彻底填补细节。此时，便需要降噪器（Denoiser）填补细节缺失。NVIDIA 去年的论文，便示范可使用 Machine learning 达成此目标。使用降噪器后，便如图右半边那样，带来逼真的场景。
水到渠成？绘图 API 已支援此技术！
然而，硬件厂商最大梦魇便是整个生态系的成熟度，有再好的硬件，没有软件支援都是空谈。因此，NVIDIA 发表此显卡前，便积极将 Ray Tracing 功能加入开放式绘图 API Vulkan，同时也和微软合作，将光线追踪功能导入 DirectX 12，更和数家知名游戏引擎开发者，如 Unity、Unreal Engine 等合作。
SIGGRAPH 2018 中，微软 DirectX 开发长介绍了他们如何将光线追踪和既有的渲染器（shader）结合，让 Rasterization 和 Ray Tracing 互补优缺点。此外，此 API 已能使用，只需使用 Windows 10 v1803 开发者版本并有可执行 DirectX 12 DXR 的 GPU，便可尝试 Ray Tracing 效果。
随着显卡技术发展及游戏引擎开发商的推进，或许在不久的将来，我们就能玩到如电影画面精致的游戏，让游戏产业更上一层楼。
- Introduction to DirectX RayTracing
- Announcing Microsoft DirectX Raytracing!
- What’s the Difference Between Ray Tracing and Rasterization?
- NVIDIA Unveils Quadro RTX, World’s First Ray-Tracing GPU
- NVIDIA® OptiX™ Ray Tracing Engine
（首图来源：NVIDIA）
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